為了滿足人們對高能量密度和高功率密度鋰離子電池日益增長的需求，硅（Si）因其高的理論比容量而備受關(guān)注。然而，Si陽極的實(shí)際使用受到嵌鋰/脫鋰過程中體積變化大及由此產(chǎn)生的電極粉碎的阻礙。納米級Si基材料已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但低的初始庫侖效率和較小的體積容量，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。Si微粒（SiMPs）因?yàn)榈统杀?，商業(yè)可用性和高振實(shí)密度,，被認(rèn)為是替代品。本論文介紹了一種新穎的原位形成石墨烯氧化物（GO）-聚丙烯酸（PAA）復(fù)合籠，來封裝硅微粒（SiMPs）并作為鋰離子電池陽極。通過酯化反應(yīng)使得PAA粘合劑的羧基和GO的羥基之間形成機(jī)械穩(wěn)固的共價鍵。酯鍵合的GO-PAA籠將粉碎的SiMPs限制在其內(nèi)，保持了結(jié)構(gòu)的完整性，從而產(chǎn)生高的庫侖效率，優(yōu)異的容量保持率和高倍率性能。在1000 mA /g的高電流密度下200次循環(huán)后，該電極提供了2300 mAh/g 的高容量。此外，在全電池中（100次循環(huán)后1.45 mA h/cm
2）和高的負(fù)載Si量下（500次循環(huán)后1.98 mA h/cm
2）實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定循環(huán)。
Scheme 1 通過[SiMP + GO]復(fù)合物的-OH與PAA粘合劑的-COOH之間的酯化反應(yīng)，從HB電極制備EB電極的示意圖。
Fig. 1 (a) SiMPs和(b) [SiMP+GO]復(fù)合材料的SEM圖，[SiMP+GO]復(fù)合材料的(c)低倍和(d)高倍TEM圖，[SiMP + GO]復(fù)合材料的(e)STEM圖像和(f,g) EDS映射圖。
Fig. 2 (a) PAA粘結(jié)劑、(b)氧化石墨烯(GO)、(c) SiMPs和[SiMP+GO]復(fù)合材料以及(d) HB-1和EB-1電極的FT-IR光譜。
Fig. 3 (a)掃描速率為0.05 mV/s時HB電極和EB電極的CV曲線，(b)電流密度為200 mA/g時，HB和EB電極在0.01到1V之間的初始充放電曲線，(c)電流密度為200 mA/g (1次)-500 mA/g (5次)-1000 mA/g (后續(xù)循環(huán))時HB和EB電極的循環(huán)性能，(d)無Super-P條件下制備的EB-1電極循環(huán)性能（質(zhì)量比，[SiMP+GO]：PAA粘結(jié)劑= 65：20），(e)負(fù)載Si量為1.42 mg/cm
2的EB-1電極的面積容量。
Fig. 5 (a) HB和EB電極的納米壓痕圖，(b)微劃痕試驗(yàn)獲得的摩擦系數(shù)，(c) HB和EB電極劃痕試驗(yàn)后的SEM圖。
Fig. 6 (a) HB和(b) EB電極經(jīng)過20次循環(huán)后的SEI層SEM圖，(c) HB和EB電極的初始和循環(huán)后XPS Si 2p、C1s和F1s光譜。
Fig. 7 SEI沖洗(a)HB和(b)EB電極循環(huán)20次后的SEM圖，(c)EB-1電極循環(huán)后的TEM圖。
Scheme 2 (a) HB電極和(b) EB電極在鋰化和循環(huán)后的工作機(jī)理示意圖。
相關(guān)研究成果于2019年由首爾國立大學(xué) Seong-Hyeon Hong課題組，發(fā)表在J. Mater. Chem. A（DOI: 10.1039/c9ta02654a）上。原文：An in situ formed graphene oxide-polyacrylic acid composite cage on silicon microparticles for lithium ion batteries via an esterification reaction
